Xác định hàm lượng một số polychlorinated biphenyl (PCB) trong thực

Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
-------------------------------------ĐỖ THỊ THANH THƢƠNG

XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG MỘT SỐ POLYCHLORINATED
BIPHENYL (PCB) TRONG THỰC PHẨM BẰNG KỸ THUẬT SẮC
KÝ KHÍ KHỐI PHỔ (GC-MS) VÀ SẮC KÝ KHÍ ĐẦU DÒ BẮT GIỮ
ĐIỆN TỬ (GC-ECD)

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

GVHD: TS. LÊ THỊ HỒNG HẢO
PGS.TS. LÂM XUÂN THANH

HÀ NỘI – Năm 2013
Lớp 11B CNTP

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác . Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi
sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích
dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 01 tháng 12 năm 2013
Học viên: Đỗ Thị Thanh Thương

Lớp 11B CNTP

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

LỜI CẢM ƠN !
Với sự biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành cảm ơn TS. Lê Thị Hồng Hảo và PGS.
TS. Lâm Xuân Thanh người đã tận tình hướng dẫn, góp ý động viên tôi trong suốt
quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn quý báu của mình đến ThS. Trần Cao Sơn, ThS. Đặng
Văn Kết và Cử nhân Phạm Hoàng Thi đã giúp đỡ tôi trong thời gian qua.
Tôi cũng xin cảm ơn ban lãnh đạo trung tâm nghiên cứu và phát triển công
nghệ sinh học đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện đề tài này.
Tôi cũng xin đồng cảm ơn các thầy cô trong Viện Công nghệ Sinh học - Công
Nghệ Thực phẩm – Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi được tốt
nghiệp.
Những lời cảm ơn sau cùng tôi xin dành cho bố mẹ, gia đình và bạn bè đã hết
lòng quan tâm và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn này.

Tôi xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 01 tháng 12 năm 2013
Học viên: Đỗ Thị Thanh Thương

Lớp 11B CNTP

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Tiếng anh

Tiếng việt

Association of Official Analytical

Hiệp hội cộng đồng phân tích

Community

chính thức

PCB

PolyChlorinnated Biphenyl

Hỗn hợp các PolyCloBiphenyl

GC-MS

Gas Chromatography Mass

Sắc ký khí khối phổ

AOAC

Spectrometry
Gas Chromatography electron

Sắc ký khí – đầu dò bắt giữ

capture detector

điện tử

LOD

Limit of Detection

Giới hạn phát hiện

LOQ

Limit of Quantification

Giới hạn định lƣợng

MRL

Maximum Residue Limits

Giới hạn tồn dƣ tối đa

GC-ECD

Tiêu chuẩn Việt Nam

TCVN
S/N

Signal to noise ratio

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu

SD

Standard Deviation

Độ lệch chuẩn

RSD

Relative standard deviation

Độ lệch chuẩn tƣơng đối

R (%)

Recovery

Hiệu suất thu hồi (độ thu hồi)

EI

Electron Impact

Bắn phá điện tử

SPE

Solid phase extraction

Chiết pha rắn

DCM

Dichlormethane

Diclometan

DDE

Diethylether

Dietylete

Lớp 11B CNTP

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các đồng đẳng của Polyclobiphenyl

3

Bảng 1.2. Tên thương mại của một số hỗn hợp PCB

4

Bảng 1.3. Một số đại lượng vật lý của một số hỗn hợp PCB (Aroclo), ở 250C

5

Bảng 1.4. Hàm lượng tổng số PCB cho phép theo TCVN trong nước

9

Bảng 1.5. Hàm lượng tổng số PCB cho phép theo EU trong thực phẩm

10

Bảng 1.6. So sánh giới hạn phát hiện hợp chất PCB trên một số đầu dò [21]

15

Bảng 2.1. Một số PCB được nghiên cứu trong luận văn

21

Bảng2.2. Một số thiết bị sử dụng trong thí nghiệm

23

Bảng 2.3. Độ lặp lại tối đa chấp nhận tại các nồng độ khác nhau (theo
AOAC)

32

Bảng 2.4. Độ thu hồi chấp nhận ở các nồng độ khác nhau theo AOAC

33

Bảng 2.5. Quy định về độ thu hồi của hội đồng châu Âu

34

Bảng 3.1. Thông số vận hành các thiết bị

35

Bảng 3.2. Mảnh phổ đặc trưng của 6 PCB

35

Bảng 3.3. Bảng các chương trình nhiệt độ được khảo sát sử dụng

36

Bảng 3.4. Chương tình nhiệt độ, tốc độ khí mang sau khảo sát

40

Bảng 3.5. Giá trị hiệu suất thu hồi theo thành phần dung môi rửa giải

42

Bảng 3.6. Khảo sát hiệu suất thu hồi với các thể tích dung môi rửa giải

44

Lớp 11B CNTP

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

Bảng 3.7. Độ lặp lại về thời gian lưu và diện tích pic khi tiêm lặp lại 6 lần
dung dịch chuẩn hỗn hợp 6 PCBs chuẩn bị trong hexan trên GC-MS
Bảng 3.8. Các phương trình hồi quy tuyến tính mối tương quan giữa diện tích
pic và nồng độ các PCB

47

49

Bảng 3.9. Giới hạn phát hiện và định lượng của 6 PCB

50

Bảng 3.10. Nồng độ chất phân tích cho vào nền mẫu ở các mức khác nhau

52

Bảng 3.11. Độ lặp lại và hiệu suất thu hồi tại nồng độ thêm chuẩn 1/2MRL

53

Bảng 3.12. Độ lặp lại và hiệu suất thu hồi ở nồng độ thêm chuẩn ở mức
MRL

54

Bảng 3.13. Độ lặp lại và hiệu suất thu hồi ở mức thêm chuẩn 2MRL

55

Bảng 3.14. Kết quả phân tích mẫu thực

58

Lớp 11B CNTP

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Công thức cấu tạo PCB

3

Hình 1.2 Phản ứng điều chế PCB

6

Hình 1.3. Chuyển dạng giữa các đồng phân PCB

6

Hình 1.4. Thế phản ứng bán khử của PCB

6

Hình 1.5. Phản ứng cháy của PCB

7

Hình 1.6. Sự lan truyền PCB trong môi trường

8

Hình 1.7. Cơ chế chuyển hóa các chất PCB trong môi trường

8

Hình 1.8. Các bước tiến hành của quá trình chiết pha rắn

16

Hình 1.9. Sơ đồ thiết bị sắc ký khí

18

Hình 2.1. Hình ảnh một số thiết bị sử dụng trong thí nghiệm

23

Hình 2.2. Sơ đồ xử lý mẫu

25

Hình 2.3. Đồ thị tương quan giữa tín hiệu đo và nồng độ chất phân tích

29

Hình 2.4. Đường chuẩn trên nền mẫu thực

30

Hình 3.1. Sắc đồ hỗn hợp 6 PCB sử dụng chương trình nhiệt độ 1

37

Hình 3.2. Sắc đồ hỗn hợp 6 PCB sử dụng chương trình nhiệt độ 2

37

Hình 3.3. Sắc đồ hỗn hợp 6 PCB sử dụng chương trình nhiệt độ 3

38

Hình 3.4. Sắc đồ hỗn hợp 6 PCB ở tốc độ dòng 0,3 ml/phút

39

Hình 3.5. Sắc đồ hỗn hợp 6 PCB ở tốc độ dòng 0,7 ml/phút

39

Lớp 11B CNTP

Viện CNSH – CNTP

Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

Hình 3.6. Sắc đồ hỗn hợp 6 PCB ở tốc độ dòng 1 ml/phút

40

Hình 3.7. Đồ thị so sánh hiệu suất rửa giải của các hệ dung môi khác nhau

43

Hình 3.8. Đường cong biểu diễn mối tương quan của hiệu suất thu hồi PCB
và thể tích dung môi rửa giải
Hình 3.9. Sắc đồ so sánh pic sắc ký của mẫu trắng và dung dịch chuẩn mix 6
PCB với các điều kiện đã khảo sát

45

47

Hình 3.10. Đường chuẩn tương quan giữa diện tích và nồng độ của PCB 28
49

từ 2,6 – 250 ppb trên GC-MS
Hình 3.11. Sắc đồ tại giới hạn phát hiện của 6 chất phân tích trên GC-MS

Lớp 11B CNTP

Viện CNSH – CNTP

51


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương
MỤC LỤC

Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... ........ 01
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN ..................................................................................... 03
1.1. Giới thiệu về Polychlorinated biphenyl (PCB) .................................................. 03
1.1.1. Công thức hóa học và danh pháp ................................................................ 03
1.1.2. Tính chất vật lý ........................................................................................... 04
1.1.3. Tính chất hóa học ........................................................................................ 05
1.1.4. Ứng dụng .................................................................................................... 07
1.1.5. Nguồn xâm nhiễm, độc tính, quy định về tồn lƣợng các hợp chất PCB .... 07
1.2. Các phƣơng pháp xác định PCB ........................................................................ 10
1.2.1. Các phƣơng pháp chiết tách hợp chất PCB ................................................ 10
1.2.1.1. Phƣơng pháp chiết lỏng lỏng ............................................................... 10
1.2.1.2. Phƣơng pháp chiết pha rắn .................................................................. 11

1.2.2. Các phƣơng pháp phân tích PCB ................................................................ 13
1.2.2.1. Phƣơng pháp thử nghiệm miễn dịch ELISA, phƣơng pháp EIA ........ 13
1.2.2.2. Phƣơng pháp hóa phát quang .............................................................. 14
1.2.2.3. Phƣơng pháp sắc ký khí ...................................................................... 14
1.3. Sơ lƣợc về phƣơng pháp chiết pha rắn (SPE) và phƣơng pháp sắc ký khí ........ 15
1.3.1. Phƣơng pháp chiết pha rắn ......................................................................... 16
1.3.2. Phƣơng pháp sắc ký khí .............................................................................. 17
1.3.2.1. Nguyên tắc chung ................................................................................ 17
1.3.2.2. Thiết bị sắc ký khí ............................................................................... 18

Lớp 11B CNTP

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

CHƢƠNG II:VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 21
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu......................................................................................... 21
2.1.1. Hợp chất PCB ............................................................................................. 21
2.1.2. Nền mẫu phân tích ...................................................................................... 22
2.2. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất ............................................................................. 22
2.2.1. Các thiết bị cơ bản ...................................................................................... 22
2.2.2. Dụng cụ và hóa chất.................................................................................... 24
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................... 25
2.3.1. Phƣơng pháp lấy mẫu ................................................................................. 25
2.3.2. Phƣơng pháp xử lý mẫu .............................................................................. 25
2.3.3. Phƣơng pháp phân tích PCB ....................................................................... 26

2.3.4. Phƣơng pháp xác nhận giá trị hiệu lực ....................................................... 27
2.3.4.1. Tính chọn lọc, đặc hiệu ....................................................................... 27
2.3.4.2. Giới hạn phát hiện, giới hạn định lƣợng.............................................. 28
2.3.4.3. Khoảng tuyến tính, đƣờng chuẩn ........................................................ 28
2.3.4.4. Độ lặp lại (độ chụm), độ thu hồi (độ đúng) ......................................... 31
2.3.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu .......................................................................... 34
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 35
3.1. Lựa chọn phƣơng pháp phân tích ....................................................................... 35
3.2. Tối ƣu điều kiện phân tích PCBs trên thiết bị GC-ECD và GC-MS ................. 35
3.2.1. Lựa chọn cột tách ........................................................................................ 35
3.2.2. Khảo sát chƣơng trình nhiệt độ ................................................................... 36
3.2.3. Khảo sát tốc độ khí mang ........................................................................... 38
3.3. Khảo sát quá trình xử lý mẫu ............................................................................. 41
3.3.1. Lựa chọn dung môi chiết ............................................................................ 41
3.3.2. Khảo sát quá trình làm sạch mẫu bằng SPE ............................................... 42
3.3.2.1. Lựa chọn loại cột chiết SPE ................................................................ 42
3.3.2.2. Khảo sát dung môi rửa giải ................................................................. 42
3.3.2.3. Khảo sát thể tích dung môi rửa giải .................................................... 44

Lớp 11B CNTP

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

3.4. Đánh giá phƣơng pháp phân tích ....................................................................... 46
3.4.1. Đánh giá tính đặc hiệu và chọn lọc của phƣơng pháp phân tích ................ 46

3.4.2. Đánh giá độ lặp của hệ thống GC-MS và GC-ECD ................................... 47
3.4.3. Lập đƣờng chuẩn và khoảng tuyến tính...................................................... 48
3.4.4. Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lƣợng (LOQ) ............................. 50
3.4.5. Độ lặp lại và độ thu hồi ............................................................................... 51
3.5. Kết quả phân tích một số mẫu thực .................................................................... 57
CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................... 59
4.1.Kết luận ............................................................................................................... 59
4.2.Kiến nghị ............................................................................................................. 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 61
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 65
Phụ lục A: Sắc đồ dung môi, mẫu trắng, mẫu trắng thêm chuẩn
Phụ lục B: Sắc đồ các dung dịch chuẩn
Phụ lục C: Sắc đồ các mẫu thêm chuẩn ở các mức nồng độ khác nhau
Phụ lục D: Sắc đồ phân tích mẫu thực

Lớp 11B CNTP

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

MỞ ĐẦU
Trên thế giới, ngƣời ta đã sản xuất và sử dụng các hợp chất Polychlorinated
biphenyl hay polyclobiphenyl (PCB) rộng rãi từ năm 1930 vì nó có nhiều tính năng
quý trong công nghiệp nhƣ khả năng truyền nhiệt, cách điện tốt. . . . Việt Nam tuy
không sản xuất nhƣng cũng đã nhập khẩu khoảng một khối lƣợng lớn khoảng 27000
đến 30000 tấn PCB từ Nga, Trung Quốc, Rumani; chủ yếu làm chất cách điện trong

máy biến thế. Nhƣng từ những năm 60 của thế kỉ XX, ngƣời ta đã đánh giá đƣợc
ảnh hƣởng có hại của PCB đến sức khỏe con ngƣời, nhƣ là khả năng gây ung thƣ và
hàng loạt các ảnh hƣởng xấu đến hệ thần kinh, hệ miễn dịch, hệ sinh dục, hệ bài tiết.
Kể từ đó PCB bị hạn chế và bị cấm sử dụng. Tuy hiện nay chúng ta không còn dùng
các loại dầu biến thế có chứa PCB nữa, nhƣng do tình hình xử lí dầu biến thế có
chứa PCB chƣa đúng cách đã làm phát sinh và phát tán PCB ra môi trƣờng. PCB
đƣợc tìm thấy có mặt trong hầu hết các môi trƣờng nƣớc, đất, không khí, tích tụ dai
dẳng trong các mô mỡ động vật và con ngƣời. Các vấn đề sức khỏe con ngƣời liên
quan đến PCB đã và đang đƣợc quan tâm đúng mức. Các tổ chức môi trƣờng trên
thế giới đã và đang tiếp tục tài trợ giúp đỡ Việt Nam trong việc xây dựng và triến
khai quy trình thu gom, quản lí và xử lý PCB. Có thể nói, việc quan tâm thu gom và
xử lý PCB hiện nay có quy mô mang tính toàn cầu.
Với mong muốn khảo sát và xây dựng một quy trình phân tích đơn giản,
nhanh gọn để xác định hàm lƣợng PCB có thể bị lây nhiễm trong thực phẩm, chúng
tôi tiến hành nghiên cứu thực hiện đề tài: “Xác định hàm lƣợng một số
Polychlorinated biphenyl (PCB) trong thực phẩm bằng kỹ thuật sắc ký khí khối phổ
(GC-MS) và sắc ký đầu dò bắt giữ điện tử (GC-ECD)”, nghiên cứu ứng dụng quy
trình tách chiết và làm giàu làm PCB theo phƣơng pháp chiết pha rắn. Với các nội
dung nghiên cứu:
- Khảo sát phƣơng pháp bao gồm:
+ Tối ƣu hóa phƣơng pháp trên hệ thống GC-MS và GC-ECD
+ Khảo sát điều kiện tách chiết mẫu
- Thẩm định phƣơng pháp phân tích:
Lớp 11B CNTP

1

Viện CNSH – CNTP

Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

+ Tính chọn lọc
+ Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lƣợng (LOQ)
+ khoảng tuyến tính
+ Độ chụm (độ lặp lại)
+ Độ đúng (độ thu hồi)

Lớp 11B CNTP

2

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
1.1.

Giới thiệu về Polychlorinated biphenyl (PCB)[1]

1.1.1. Công thức hóa học và danh pháp
Polychlorinated biphenyl hay Polyclobiphenyl (PCB) là hỗn hợp các dẫn
xuất Cl của Biphenyl C12H10-nCln. Nó gồm 2 vòng benzen đƣợc nối bởi liên kết C-C
đơn trong đó nguyên tử Cl sẽ thay thế từ 1 – 10 nguyên tử H trên phân tử Biphenyl.

Công thức tổng quát nhƣ sau:

Hình 1.1. Công thức cấu tạo PCB
Có khoảng 209 dạng PCB nhƣng thực tế ngƣời ta chỉ thấy xuất hiện 130
đồng đẳng trong sản phẩm thƣơng mại.
Bảng 1.1. Các đồng đẳng của Polychlorinated biphenyl

Tên thƣơng mại của hỗn hợp các PCB:

Lớp 11B CNTP

3

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

Bảng 1.2. Tên thương mại của một số hỗn hợp PCB

Tƣơng quan hệ thống danh pháp đƣợc sử dụng nhƣ nhau ngoài hai sự khác
biệt. Danh pháp IUPAC (theo nguyên tắc của IUPAC là A-52.3 và A-52.4) phân
biệt vị trí cacbon mà các nguyên tử clo gắn vào và thứ tự sắp xếp của chúng (ví dụ:
dạng PCB với Clo gắn vào các vị trí 2, 3, 4, 3’ đƣợc nhận biết nhƣ là 233’4). Hệ
thống thứ hai đƣợc sử dụng rỗng rãi đƣợc phát triển bởi Ballschmiter và Zell (1980)
nhƣ là cách thức đơn giản để chỉ những dạng PCB đặc trƣng. Nó liên quan tới cấu
trúc sắp xếp của các dạng PCB theo thứ tự tăng dần của số Clo thay thế. PCB cũng
có thể đƣợc phân loại bởi bậc và vị trí của Clo.

Các vòng benzen có thể xoay quanh mối liên kết giữu chúng, nhƣng bắt buộc
các vòng này hoặc hƣớng về cùng một mặt phẳng hoặc hƣớng về những mặt phẳng
vuông góc nhau nhờ lực đẩy tĩnh điện của những nguyên tử Clo tích điện âm cao.
Mức độ xoay của các vòng benzen trên 2 cực là nhờ một nhóm chức ở phía sau của
không gian nguyên tử sinh ra bởi nguyên tử Clo trong các vị trí khác nhau trên 2
vòng.
1.1.2. Tính chất vật lý
PCB thƣờng là các hợp chất kết tinh không màu. Khi tạo hỗn hợp PCB

Lớp 11B CNTP

4

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

thƣơng mại thƣờng cho hỗn hợp màu vàng nhạt, sáng, trong suốt, có thể ở dạng
lỏng dầu, sáp mềm hoặc trạng thái rắn. Các đồng đẳng của PCB ít tan trong nƣớc,
tan tốt trong các dung môi hữu cơ, chất béo và hidrocabon. Ở nhiệt độ thấp, PCB
không kết tinh nhƣng sẽ chuyển sang dạng nhựa dẻo. PCB ít tan trong nƣớc nhƣng
dễ tan rong các dung môi hữu cơ, hệ số chiết của các đồng đẳng PCB trong khoảng
Log K¬OW = 4,46 – 8,18. Các hợp chất PCB dễ tan trong dầu nên chúng dễ đi vào
chuỗi thức ăn, tích góp trong mô mỡ của sinh vật. Sau đây là một số đại lƣợng vật
lý của một số hỗn hợp PCB:
Bảng 1.3. Một số đại lượng vật lý của một số hỗn hợp PCB (Aroclo), ở 250C

1.1.3. Tính chất hóa học
Trong công nghiệp, ngƣời ta điều chế PCB từ phảh ứng clorin hóa hợp chất
biphenyl có phƣơng trình nhƣ sau:

Lớp 11B CNTP

5

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

Hình 1.2. Phản ứng điều chế PCB
Bên cạnh phản ứng trên, ta cũng luôn nhận đƣợc hỗ hợp các đồng đẳng từ
các chuyển hóa có phƣơng trình:

Hình 1.3. Chuyển dạng giữa các đồng phân PCB
Một tính chất quan trọng của PCB là tính trơ. PCB khó bị phân hủy trong
môi trƣờng axit lẫn môi trƣờng kiềm, tƣơng đối bền nhiệt, thậm chí ngay cả trong
môi trƣờng chất oxy hóa có mặt của Oxy, kim loại ở nhiệt độ 170 0C. Tuy nhiên, khi
ở nhiệt độ cao, PCB dễ bị cháy và sản phẩm của phản ứng cháy (bao gồm hydro
clorua, dibenzodioxins polyclo hóa (PCDD) và polyclo dibenzofurans (PCDF)) có
thể gây nguy hiểm hơn nhiều (NFPA 1994). Bán phản ứng khử của PCB:

Hình 1.4. Thế phản ứng bán khử của PCB

Lớp 11B CNTP

6

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

Hình 1.5. Phản ứng cháy của PCB
1.1.4. Ứng dụng
PCB đƣợc sản xuất mang tính thƣơng mại từ năm 1929 và đƣợc sử dụng
rộng rãi, nhƣ trong các sản phẩm nhựa, lớp phủ bề mặt, mực in, chất làm chậm
cháy, chất làm dính, thuốc bảo vệ thực vật dài ngày, sơn và giấy than không chứa
Carbon… Vì PCB chịu đƣợc tác dộng của axit và kiềm, lại tƣơng đối bền nhiệt nên
chúng đƣợc sử dụng trong dung dịch điện môi trong các máy biến thế và trong tụ
điện. Vào những năm 1939, thế giới mỗi năm sản xuất khoảng 26.000 tấn. Từ
những năm 40 của thế kỷ trƣớc, Việt Nam cũng đã nhập khẩu khoảng 27.000 đến
30.000 tấn PCB từ Nga, Trung Quốc và Rumani chủ yếu làm chất cách điện trong
các máy biến thế.
1.1.5. Nguồn xâm nhiễm, độc tính, quy định về tồn lƣợng các hợp chất PCB
Nhờ tính bền vững về mặt hóa học và sinh hóa cũng nhƣ tính hòa tan mạng
trong chất béo, PCB đã xâm nhập vào chuỗi thức ăn nhƣ một chất tích lũy sinh học;
kết quả là các động vật đững đầu chuỗi này nhƣ động vật ăn thịt và con ngƣời
thƣờng bị nhiễm độc cao hơn so với thực vật. Có thể tìm thấy PCB ở khắp nơi trong
nƣớc thải, bùn đáy sông, trong nƣớc biển, trong đất, trong không khí…PCB đi vào
môi trƣờng theo ba con đƣờng chính: do thải bỏ chất thải có PCB ra các bãi rác rồi
từ đó PCB xâm nhập vào nƣớc ngầm, ra sông, ra biển; thứ hai là do thiêu đốt không
hoàn toàn chất thải có chứa PCB khiến cho PCB có thể phân tán vào khí quyển; thứ

Lớp 11B CNTP

7

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

ba do PCB dò rỉ từ các thiết bị điện nhƣ biến thế, tụ điện. Sự vận chuyển của PCB
trong môi trƣờng là do tác động của không khí, nƣớc, động vật và một số con đƣờng
khác…

Hình 1.6. Sự lan truyền PCB trong môi trường

Hình 1.7. Cơ chế chuyển hóa các chất PCB trong môi trường
Các hợp chất PCB khó bị phân hủy, tồn tại dai dẳng trong môi trƣờng gây tác
hại đến môi trƣờng sinh thái và đời sống của sinh vật. Sự phân hủy PCB trong môi
trƣờng diễn ra chậm, phụ thuộc vào số nguyên tử và vị trí của clo trong đồng phân,
sự có mặt của ánh sáng mặt trời và vi khuẩn. Thời gian bán hủy của PCB có thể dao
Lớp 11B CNTP

8

Viện CNSH – CNTP

Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

động từ vài ngày đến vài năm. PCB là nguyên nhân gây ung thƣ ở động vật và cũng
là tác nhân gay ung thƣ ở ngƣời (PCB thuộc phân loại nhóm độc 2A, IAFRS). PCB
và các hợp chất clo hữu cơ hợp thành nhóm chất gây rối loạn nội tiết khi có hàm
lƣợng 10-5 – 10-6 có tác động đến sự sinh sản phát triển và hoạt động tuyến nội tiết.
Từ năm 1992, Việt Nam đã cấm nhập khẩu PCB tuy nhiên vẫn còn một
lƣợng đáng kể chất này còn tồn tại trên các thiết bị điện cũ hoặc nằm trong kho chờ
xử lí. Theo điều tra của Cục Môi trƣờng năm 2006, vẫn còn khoảng 19.000 tấn dầu
cách điện trong toàn quốc có khả năng chứa PCB. Lƣợng dầu này chủ yếu nằm
trong các biến thế cũ và là nguồn có nguy cơ gây phát tán PCBs ra môi trƣờng. Sự
xâm nhập của hóa chất này vào đất đã diễn ra trong thời gian dài. Tồn dƣ của PCB
trong trong đất có xu hƣớng tăng từ năm 1992 đến 2005. Theo kế hoạch Quốc gia
về xử lý các chất ô nhiễm khó phân huỷ đƣợc Thủ tƣớng chính phủ phê duyệt vào
năm 2006, việc sử dụng các thiết bị có chứa PCB sẽ kết thúc chậm nhất vào năm
2020, sau đó sẽ đƣợc tiêu huỷ hoàn toàn vào năm 2028 [6].
Theo TCVN (TCVN 6984:2001, TCVN 5945:2005) và quy định của EU có
quy định tổng hàm lƣợng tối đa PCB trong nƣớc, một số thực phẩm nhƣ bảng:
Bảng 1.4. Hàm lượng tổng số PCB cho phép theo TCVN trong nước

Lớp 11B CNTP

9

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

Bảng 1.5. Hàm lượng tổng số PCB cho phép theo EU trong thực phẩm

1.2.

Các phƣơng pháp xác định PCB

1.2.1. Các phƣơng pháp chiết tách hợp chất PCB
1.2.1.1. Phương pháp chiết lỏng lỏng
Nguyên tắc: Hỗn hợp PCB có độ phân cực từ trung bình đến không phân
cực. Nguyên tắc tách các chất PCB ra khỏi mẫu dựa vào lực tƣơng tác của các chất
này với các dung môi khác nhau trong hệ. Hiệu quả của một dung môi chiết phụ
thuộc chủ yếu vào ái lực của chất tan với dung môi chiết (KD), tỷ số pha (V) và số
lần chiết (n). Từ các khảo sát ngƣời ta lựa chọn hỗn hợp các dung môi có độ phân
cực khác nhau để có thể tách chiết tốt nhất hỗn hợp này.
Có thể tiến hành tách chiết dung môi với các thiết bị hỗ trợ nhƣ chiết bằng,
chiết Soxhlet

[33,39]

, chiết siêu âm

[20]

có thể kết hợp đồng thời các hệ thống chiết

tách nêu trên. Hỗn hợp các dung môi chiết có thể là hexan, hexan – diclometan,
cyclohexan – aceton

Aceton

[20]

[33]

, hexan-aceton, diclometan, Toluen

[46]

, Diclometan –

. Kỹ thuật chiết ASE (accelerated solvent extraction)

[29,41]

, MAE

(microwave accelerate extract) là các kỹ thuật chiết lỏng-lỏng dựa trên sự phân bố

Lớp 11B CNTP

10

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

lại giữa chất tan trong nền mẫu và dung môi chiết tách thích hợp, ở đây để xúc tiến
quá trình chiết điều chỉnh nhiệt độ và áp suất thích hợp. Chiết ASE thích hợp cho
phân tích mẫu đất chứa PCB có hàm lƣợng đủ lớn và mẫu tƣơng đối sạch (ít các
hợp chất hữu cơ, hàm lƣợng C, S thấp với hiệu suất chiết R% 77-114%

[37]

, thời

gian chiết ASE nhanh hơn chiết Sohlet(R% >60%), chiết SFE.
Ưu nhược điểm của phương pháp:
Ƣu điểm: Hiệu suất tách cao R% TB> 90%. Đây là phƣơng pháp tách chiết truyền
thống, có thể áp dụng cho nhiều đối tƣợng mẫu.
Nhƣợc điểm: Chiết pha lỏng dùng một lƣợng dung môi đủ lớn để chiết một lƣợng
mẫu có thể phân tích đƣợc bằng sắc kí. Hệ số làm giàu thấp hơn chiết pha rắn.
Có hiện tƣợng tạo nhũ tƣơng, ảnh hƣởng đến sự phân bố của chất phân tích trong
các dung môi chiết.
1.2.1.2 Phương pháp chiết pha rắn
Nguyên tắc: Ở phƣơng pháp này dựa vào tƣơng quan lực tƣơng tác của các
chất có trong mẫu với pha động (dung môi), và pha tĩnh (chất hấp phụ trên pha rắn).
Tùy vào độ phân cực của pha động và pha tĩnh mà ta phân loại thành sắc kí pha
thuận (pha động phân cực hơn pha tĩnh) và sắc kí pha đảo (pha động kém phân cực
hơn pha tĩnh). Các kĩ thuật chiết pha rắn hay dùng để tách chiết PCB từ mẫu: kĩ
thuật vi chiết pha rắn (SMPE), kỹ thuật chiết pha đảo trên cột C18, kỹ thuật chiết
SFE. . . .
Ưu điểm chiết pha rắn hơn chiết lỏng – lỏng:
Hiệu suất thu hồi >90%. Quy trình nhanh dễ tự động hóa. Ít tốn dung môi do đó ít
độc hại. Hệ số làm giàu mẫu cao, có thể kết hợp tách chiết và làm giàu, làm sạch.
Một số kỹ thuật chiết PCB ra khỏi nền mẫu bằng chiết pha rắn(SPE):

- Kỹ thuật chiết SPE thông thƣờng [19,43,34]: Đối với các hợp chất PCB khi sử
dụng phƣơng pháp chiết pha rắn có thể sử dụng các chất hấp phụ là C18, silicagen,
silica lỗ xốp đƣợc gắn hợp chất diol (Diol Sep-pak)

[19]

, Florisil, Al2O3, amino

propylsilane. Các bƣớc thực hiện tuần tự: hoạt hóa cột chứa chất hấp phụ, chuyển
chất phân tích lên cột, rửa các tạp chất ảnh hƣởng, rút khô, rửa giải bằng dung môi

Lớp 11B CNTP

11

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

thích hợp, đuổi dung môi, định mức lại bằng dung môi thích hợp. Hiện nay phƣơng
pháp tách chiết, làm giàu, làm sạch với cột chiết pha rắn đƣợc dùng rộng rãi. Bƣớc
giải hấp thực hiện với các dung môi không phân cực toluen, hexan (dùng nhiều
nhất), dichlometan, đến hơi phân cực Dietylete, Etyl acetat

[19]

, hoặc hỗn hợp các

dung môi trên. Thông thƣờng quy trình chiết tách PCB ra khỏi nền mẫu có nhiều
chất béo dùng 2 cột là Florisil rửa giải với hỗn hợp Diclometan:Hexan (1:4) sau đó
làm sạch trên cột Silicagen với dung môi rửa giải là hexan[20], hoặc cũng có thể tiến
hành tách chiết và làm sạch trên cột Silicagen và Silicagen đƣợc xử lí với H2SO4 (tỉ
lệ m/m 44%) [27], với một số mẫu nƣớc cũng có thể tách chiết trên cột C18 với dung
môi rửa giải là Toluen và làm sạch qua cột Florisil với dung môi rửa giải là hỗn hợp
Dietylete : Hexan (5%)

[16]

, hay dùng kết hợp 2 cột Silicagen chiết tách và 23 cột

alumina( Al2O3) làm sạch. Hiệu suất thu hồi cao 80-120%. Với các mẫu đất hàm
lƣợng lƣu hùynh nhiều có thể tiến hành loại lƣu huỳnh bằng bột Cu

[41]

. Với chất

hấp phụ là C18 thích hợp khi phân tích các mẫu nƣớc. Thích hợp dùng với các chất
phân tích có độ phân cực từ thấp đến không phân cực, sử dụng để hấp phụ các chất
kị nƣớc. Đôi khi để tăng tính hấp phụ của PCB trên bề mặt chất hấp phụ có thể thêm
một số chất điện hoạt nhƣ NaCl vì các chất này sẽ giảm độ hòa tan PCB trong nền
mẫu [19] với hiệu suất thu hồi sau chiết >95%.
- Kỹ thuật vi chiết pha rắn SPME [28](solid-phase microextraction): Dựa trên
cơ chế hấp phụ của của các hợp chất hữu cơ cần phân tích từ pha nƣớc hoặc pha khí
lên sợi silica đƣợc phủ các chất hấp phụ thích hợp PDMS/DVB( divinyl benzen),
polymetylsiloxan (PDMS), poliacrylat. . . .Các hợp chất bám trên sợi silica sẽ đƣợc
giải hấp trực tiếp vào buồng hóa hơi của thiết bị sắc ký. Kỹ thuật này hiện nay đƣợc

áp dụng nhiều vì tiến hành nhanh, không dùng dung môi nhƣ ở chiết lỏng-lỏng,
chiết pha rắn thông thƣờng, loại trừ đƣợc cản nhiễu và thích hợp phân tích cho các
hợp chất hữu cơ dễ bay hơi nhƣ PHA, hay phân tích cho các mẫu sinh học. Hiệu
suất thu hồi cao, độ lệch chuẩn thấp từ 3% (PCB 52) đến 12% (PCB 189) [28], LOD
1pg/mL.
- Kỹ thuật chiết với chất lỏng siêu tới hạn SFE

Lớp 11B CNTP

12

[25]

(supercritical fluid

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

extraction): Lựa chọn pha tĩnh thích hợp (thƣờng là Florisil) để hấp phụ chất phân
tích, sau đó dùng “dung môi” giải hấp là CO2 siêu tới hạn. “Dung môi” sạch sẽ
không có nhiễm bẩn và mất mẫu trong quy trình xử lí mẫu, do vậy giới hạn phát
hiện thấp cỡ 2ppt. R%>87%. Có thể ghép để chiết trực tiếp (on-line) rồi đƣa vào hệ
thống phân tích SFE-GC/MS. Tuy nhiên thiết bị đắt tiền thƣờng đi kèm với bộ tiêm
mẫu tự động, bộ nạp CO2 duy trì ở nhiệt độ thấp -30/-4000C, áp suất cao để duy trì
trạng thái siêu tới hạn, giá thành phân tích cao.
1.2.2. Các phƣơng pháp phân tích PCB

1.2.2.1. Phương pháp thử nghiệm miễn dịch ELISA, phương pháp EIA
Cơ sở định lƣợng của phƣơng pháp ELISA[31] dựa trên thử nghiệm miễn dịch
giữa chất kháng nguyên đặc hiệu và chất kháng thể. Đó là sự cạnh tranh của enzim
cộng hợp và PCB trong mẫu. PCB đƣợc cố định trên các giếng microtiter. Trong
quá trình thử nghiệm mẫu và enzyme cộng hợp đƣợc cho vào giếng trong đó đã có
sẵn kháng thể. Thuốc trong mẫu sẽ cạnh tranh với enzim cộng hợp để gắn vào
lƣợng giới hạn kháng thể PCB có trong giếng. PCB có phản ứng hóa học với tác
nhân màu (3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine) và enzim (hydrogen peroxide). Phản ứng
ngƣng khi thêm vào H2SO4 2M, đo phổ hấp thu ở bƣớc sóng 450nm.
Các bƣớc tiến hành với bộ kit ELISA đơn giản, khâu xử lí mẫu đơn giản,
kinh tế, có thể xác định PCB trong khoảng nồng độ tuyến tính của bộ kit là 0.05 5ppm

[31]

. Tuy nhiên, bộ kit ELISA đƣợc dùng cho các phép phân tích bán định

lƣợng và thƣờng chỉ dùng để phân tích những nền mẫu phân cực nhƣ nƣớc, đất, sữa
[24]

...
Để phân tích trên nền mẫu không phân cực nhƣ mẫu dầu thì ngƣời ta xây

dựng bộ kit thử nghiệm miễn dịch EIA[31]. Nguyên tắc phƣơng pháp này cũng dựa
trên gián tiếp định lƣợng PCB qua phản ứng miễn dịch phát triển trên cơ sở
phƣơng pháp ELISA kết hợp thêm các bƣớc tách chiết và làm sạch. Với phƣơng
pháp này yêu cầu xử lí mẫu chiết LLE với DMSO, làm sạch với KOH-MeOH sau
đó với H2SO4 rồi cho qua cột SPE, rửa giải với hexan, thổi khô dung môi, sau đó
định mức lại trong dung môi MeOH. Hàm lƣợng PCB có thể định lƣợng bằng

Lớp 11B CNTP

13

Viện CNSH – CNTP


Luận văn thạc sĩ

Đỗ Thị Thanh Thương

phƣơng pháp này khoảng 30-1000 ng/mL. Phƣơng pháp này càng nhạy khi số lƣợng
Cl trong phân tử PCB càng lớn.
1.2.2.2. Phương pháp hóa phát quang[17,40]
Ƣu điểm: Vào những năm 1975 , ngƣời ta dùng phƣơng pháp xác định này
nhanh đƣợc khuyến khích sử dụng khi kiểm tra sơ bộ sự có mặt PCB trong các mẫu
nƣớc.
Nhƣợc điểm: Phƣơng pháp này bị ảnh hƣởng khi có hợp chất DDT
(diclodiphenyl - tricloetan) λab=275nm, λem=470nm, để khắc phục ta ảnh hƣởng
của các chất này ngƣời ta dùng sắc kí cột để làm sạch. Hơn thế với các PCB có
nhiều Clo sẽ cho phổ phát xạ rất phức tạp. Do vậy phƣơng pháp này hiện nay không
còn đƣợc dùng để xác định PCB.
1.2.2.3. Phương pháp sắc ký khí
Xác định PCB với đầu dò MS [20,27,26]:
Ƣu điểm: Kỹ thuật GC – MS cho thông tin về định danh và định lƣợng tốt
hơn, vì ngoài thu thập thông tin từ tR ta còn thu thập thông tin từ các giá trị m/z so
sánh trong thƣ viện phổ chuẩn. Ngoài ra kỹ thuật này tiến hành với lƣợng mẫu ít
hơn, ít bị nhiễu nền hơn. Ngày nay, đây là kỹ thuật phân tích lý tƣởng. Độ đúng
RSD%<10% [26,23,33].
Trong thực tế dùng GC – HRMS

[20,21,26]

với độ phân giải 8000 để phân tích

trên các mẫu đất phức tạp, khi đó loại bỏ ảnh hƣởng đƣợc nhiễu nền vì thu đƣợc
nhiều thông tin của mảnh phổ ghi nhận. Với các PCB có trên 5 Clo ít chịu ảnh
hƣởng của nền mẫu khi xác định bằng đầu dò này

[13]

. LOD của phƣơng pháp từ

0,2-0,9 pg/L [16,20]
Nhƣợc điểm: Thiết bị đắt tiền và phức tạp.
Xác định PCB với đầu dò AED [21]:
Ƣu điểm: Kỹ thuật này ít bị nhiễu nền, yêu cầu xử lí mẫu cần loại sạch vết
lƣu huỳnh (λem nằm trong vùng khảo sát của các nguyên tố trên), thời gian xử lí
mẫu nhanh. Đầu dò này chọn lọc với hợp chất Clo, khả năng phân tách tốt các đồng
phân cho phép định lƣợng chính xác.

Lớp 11B CNTP

14

Viện CNSH – CNTP